Un oscilador de cristal, un dispositivo con parámetros multifacéticos, depende significativamente de la capacitancia y la resistencia.Pero, ¿cómo influyen exactamente estos parámetros en su funcionalidad?Vamos a desempacar esto.
Capacitancia de carga: la capacitancia de carga de un oscilador de cristal es crítica para su oscilación estándar.Por lo general, se emplean condensadores externos para equilibrar la capacitancia equivalente en los extremos del oscilador de cristal con la capacitancia de carga.Cuando la precisión es clave, incluso se considera la capacitancia del terminal de entrada IC al suelo.Por lo general, el condensador conectado es el doble de la capacitancia de carga necesaria, con el objetivo de aproximar el valor de capacitancia de carga.La fórmula, capacitancia de carga del oscilador de cristal = [(cd*cg)/(cd+cg)]+cic+△ c, encapsula esta relación.
Pins del oscilador de cristal: los pasadores en varios chips lógicos se pueden comparar con un oscilador capacitivo de tres puntos.En el interior, generalmente hay un inversor o una serie de inversores impares.Una resistencia, típicamente varias MΩ a decenas de MΩ para chips CMOS, está conectada entre el pin XO de salida y el pin Xi del oscilador de cristal.A menudo, esta resistencia se integra en muchos pasadores de chips, negando la necesidad de una conexión externa.¿Su papel?Para mantener al inversor en un estado lineal al comienzo de la oscilación, actuando como un amplificador con ganancia sustancial.
Cristal de cuarzo y circuito resonante paralelo: el cristal de cuarzo, situado entre la entrada y la salida del pin del oscilador de cristal, forma efectivamente un circuito resonante paralelo.La frecuencia de oscilación se alinea con la frecuencia resonante paralela del cristal.Flanqueando el cristal hay dos condensadores conectados a tierra, esencialmente los condensadores de dividido de voltaje del circuito de tres puntos.El punto de tierra sirve como punto de división de voltaje.Desde la perspectiva del circuito resonante paralelo, estos crean una retroalimentación positiva, asegurando la oscilación continua.
Consideraciones del condensador: en el diseño de chips, estos condensadores son preformados, típicamente iguales en capacidad pero pequeña, posiblemente limitante de adaptabilidad del rango de frecuencia.Cuando se agregan externamente, sus valores, varios PF a decenas de PF, dependen de la frecuencia y las características de cristal.Es crucial observar que sus valores de serie, conectados en paralelo al tanque resonante, pueden afectar la frecuencia de oscilación.Un coeficiente de retroalimentación de 0.5 suele ser suficiente para la oscilación.Sin embargo, si la oscilación lucha por iniciar o permanece inestable, ajustar la capacitancia del suelo a la entrada y aumentar la capacitancia de salida puede mejorar la retroalimentación.
El papel de la resistencia: la resistencia que vincula la entrada y la salida del oscilador de cristal introduce retroalimentación negativa, asegurando que el amplificador funcione en una región lineal de alta ganancia.También limita la corriente, protegiendo el oscilador de cristal del daño potencial por la sobremarcha de salida del inversor.Esta resistencia transforma un inversor lógico en un dispositivo de región lineal de alta ganancia.En saturación, la ganancia desaparece, y sin ganancia, cesa la oscilación.Para fines de oscilación, especialmente con CMOS, esta resistencia, a menudo superior a 1 m, debe estar conectada externamente.Con TTL, la complejidad varía con el tipo.Si el chip especifica un pasador de oscilador de cristal, como en algunos microprocesadores, la adición externa es innecesaria debido a la integración interna.
En esencia, la resistencia agrega un circuito de retroalimentación al inversor del circuito, formando un amplificador.Cuando el cristal está incrustado, el equivalente de CA de este bucle de retroalimentación resuena a la frecuencia del cristal.Dado el alto valor Q del Cristal, las variaciones de resistencia sustanciales afectan mínimamente la frecuencia de salida.